CN1929954B - 直线前进型研磨方法和装置 - Google Patents

Abstract

于旋转型研磨加工法方面，欲连续的将被加工对象送入装置或欲用有效的装置周围的空间是较难实现的。本发明是提供解决这些问题的新概念的直线前进型研磨加工法和装置。平行相邻的一组平行直线型工作台各自于相互相对方向上进行直线运动。于此工作台的二者上通过挤压被加工对象，对被加工对象施加供旋转运动而用的耦合力。通过被加工 对象的旋转和进行直线运动的一组工作台间的相对运动，以研磨粒研磨被加工对象。也可采用通过被加工对象值持台上的皮带型抛光具以取代平面工作台。

Description

直线前进型研磨方法和装置

技术领域

本发明是有关金属(钢铁、非铁金属)或非金属(陶瓷、玻璃、塑料)等的研磨加工(abrasive finishing)者。

背景技术

采用介经使游离研磨粒分散的研磨剂而使被加工对象和研光具(lap)相互摩擦并被称作研光(lapping)或较金属柔软的抛光具(polisher)的工具而研磨的抛光(polishing)等的研磨加工是机械加工的最后修整步骤用的加工法，随着近年机器的高品质化而重要性日益增加的加工法。

研磨加工虽是对单面、二面、曲面等多种表面进行的加工作业，但基本上如图10所示，于研磨工作台(surface plate)10上(抛光时，经予贴合于工作台上的抛光具11上)，以压力P挤压经予收容予以载具13等予以支持并以n速度旋转的支架14内的被加工对象3，于研磨工作台10上(抛光时，是抛光具11上)，滴下含有游离研磨粒12的研磨液15，同时以N速度旋转研磨工作台10，通过该旋转和被加工对象3的旋转间的相对运动，以游离研磨粒12去除被加工对象3的表面，使表面成高度平滑的加工法。至于抛光具，大多采用非织物或麂皮型(suede-type)塑料。现况上这种研磨加工的最高研磨速度乃被视为约2m/s程度。

发明内容

发明欲解决的课题

然而，于采用旋转型研磨工作台的研磨加工方面，通常成为所谓的批次加工方式，被加工对象的装卸须暂时停止研磨工作台后始能进行，而使被加工对象所需的装卸时间增长。另外，为了进行被加工对象的两面研磨加工，欲建构出连续的送入装置且自动的对被加工对象进行研磨加工的系统是较困难的，尤其于大规模生产的情况时，提高研磨的加工效率即成亟待解决的课题。

再者，为于旋转型研磨工作台上加工，研磨工作台的直径至少需为被加工对象的2倍以上，对较大的被加工对象即需要较大的研磨工作台、即成为需要供研磨装置而用的大设置面积。再者制作以旋转轴为横轴方向，以旋转面为垂直方向的旋转型二面研磨工作台时，原理上欲支持被加工对象是较困难的，故较难实现，欲充分利用装置周围的空间是较困难的。由此事欲开发出可容易建构以较紧密且可连续的将被加工对象送入装置的自动研磨加工系统，也可利用装置周围的空间的新概念的研磨加工法正被强烈的期盼着。

实施内容

为解决课题而采的手段

本发明是提供以采用现在的旋转型研磨工作台的旋转型研磨加工法上较难实现而可容易建构以较紧密且可连续的将被加工对象送入装置的自动研磨加工系统，也可有效的使用装置周围的空间的新概念的研磨加工法和其加工装置。

也即，本发明是通过挤压被加工对象至平行相邻且相互进行相反方向的直线运动的一组的平行直线型工作台的二者，对被加工对象施加供旋转运动而用的耦合力(couple of force)，通过其旋转和进行直线运动的该一组工作台间的相对运动，以研磨粒研磨被加工对象的直线前进型研磨方法。于此方法，使一组的平行平面工作台和另外一组的平行平面工作台对向，于其间挟持被加工对象并可研磨单面或二面。

又，本发明是对直线运动方向使进行直线运动的单一平面工作台的表面的摩擦系数于垂直方向上不同，通过挤压被加工对象至该平面工作台上，对被加工对象施加供旋转运动而用的耦合力，通过其旋转和进行直线运动的该单一的平面工作台间的相对运动，以研磨粒研磨被加工对象的直线型研磨方法。于此方法，使另外的平面工作台和平面工作台对向，于其间挟持被加工对象并可研磨单面或二面。

于上述的各种方法，以具有圆板状孔穴的长尺度板状载具支持以圆板状的次载具经予固定的被加工对象，随着研磨的进行将载具朝单方向徐缓的拉出，同时可连续的进行研磨加工。

又于上述的各种方法，可采用通过被加工对象的支持台上的皮带型抛光具以取代平面工作台。

又，本发明是以由呈平行相邻的一组平面工作台、使该工作台于相互相反方向上进行直线运动的设备、挤压被加工对象至该工作台上的设备而成者为特征的直线前进型研磨装置。于此装置，一组平行平面工作台和另一组平行平面工作台对向且可予配置于其间至可挟持被加工对象。

于上述装置，在研磨中可提供连续的供给、排出被加工对象至研磨装置的长尺度的板状载具。又，于板状载具内，于平行平面工作台的相邻中心线上或于离开相邻中心线上的位置上可提供具有旋转中心的圆形被加工对象支持用次载具孔穴。再者于板状载具内，可提供具有圆形、正方形、长方形、多边形等的被加工对象支持孔穴，其旋转中心位于平行平面工作台的相邻中心线上的圆板状次载具孔穴。

再者，本发明是以对直线运动方向使表面的摩擦系数于直线运动方向上不同而进行直线运动的单一的平面工作台，挤压被加工对象至该平面工作台上的设备而成者为特征的直线前进型研磨装置。于此装置，平面工作台和另一平面工作台对向且可予配置于其间至可挟持被加工对象。

又，于上述装置，可组合通过被加工对象支持台和其上的一组皮带型抛光具以取代平面工作台。

若依本发明的方法时，通过利用进行直线运动的平面工作台所施加的耦合力边使被加工对象旋转边予研磨，故可得未刻划单方向的研磨条痕的该种无方向性的粗糙度约1.5nm以下(数个原子间隔以下)的良好的加工面。若被加工对象不旋转时，则超过于平面工作台的运动方向的方向性的10nm以上的粗糙度的条痕可予形成。由而，若依本发明的方法时，则可得不刻划研磨条痕的超级平滑面。

发明的功效

本发明的直线前进型研磨加工方法，是具有下述功效。

1)可制造出较旋转型研磨加工方法省空间的研磨装置。

2)在已使用习用的旋转型研磨工作台的研磨法较难实现而可连续的将被加工对象送入装置的自动研磨加工系统的建构是可能的。

3)可制作出旋转面是垂直方向的直立型的二面自动研磨系统，可有效的利用装置周围的空间。

附图说明

图1是表示本发明的直线前进型研磨方法的原理的模式图。

图2是表示本发明的直线前进型二面研磨方法的实施形态的模式图。

图3是表示利用本发明的直线前进型二面研磨装置的连续自动加工法的模式图。

图4是表示图3所示的连续自动加工法的修饰形态的模式图。

图5是表示图3所示的连续自动加工法的其它修饰形态的模式图。

图6是表示本发明的直线前进型二面研磨方法的其它实施形态的模式图。

图7是表示图6所示的直线前进型二面研磨方法的修饰形态的模式图。

图8是实施例已采用的直线前进型研磨装置的侧视图。

图9是表示利用光干扰式高精确度表面测定器(WYKO)测定由抛光而得的磁盘基板的表面的平滑度而得的三维粗糙度测定结果的图面代用照相。

图10是表示习用的研磨加工方法(抛光加工的例子)的原理的模式图。

【图号说明】

3    被加工对象

10   研磨工作台

11   抛光具

12   游离研磨粒

13   载具

支架

15   研磨液

实施发明而采的最佳形态

以图1所示的说抛光的情形的例子为准，说明本发明的直线前进型研磨加工方法的原理。由本发明而得的抛光方法，是采用已平行相邻的一组抛光具11作为平行平面工作台A、B。一组抛光具11是挟持相邻中心线于相互相反方向上以V的速度进行直线运动。以压力P挤压经予收容于对旋转几乎不受限制的支架14内的被加工对象，至使接触至一组抛光具11的二者。由而，对被加工对象3施加供旋转运动而用的耦合力。对抛光具11上供给含游离研磨粒的研磨液。因此，通过被加工对象3的旋转和直线运动的抛光具11的相对运动，以游离研磨粒去除被加工对象3的表面，使表面成高度平滑。本发明的方法虽是基本上利用工作台或研磨具的运动方向或表面构造进行工作台的旋转的方法，但是通过来自电动机等的动力使被加工对象旋转，调整和工作台或研磨具间的相对运动，也可进行研磨。于采用此方法的研磨装置，已增加一组抛光具11的各宽幅的宽度若成为较被加工对象3的直径稍大时，则因可进行研磨加工，故空间较旋转型工作台小即可完成。

又于此方法对被加工对象的二面进行抛光加工时，如图2所示，挟持于相互以V速度于相反方向上进行直线运动的二组平行平面抛光具11并放置被加工对象3。因此介经已以金属或陶瓷等制作的被加工对象支持台(未予图标)，通过以压力P由垂直(上下)方向挤压使被加工对象3的表面接触抛光具11的表面，对被加工对象3施加供旋转运而用的耦合力，对抛光具11上供给含游离研磨粒的研磨液。由而，以游离研磨粒去除被加工对象3的上下表面，使表面呈现高度平滑。抛光具11是通过采用皮带型抛光具，可连续的供给研磨具至研磨位置上。

再者，于图2所示的方法，如图3所示般，于具有以圆板状孔穴为被加工对象的长尺度的板状载具13上支持被加工对象3，若能作成移动载具13至使随着研磨的进行徐缓的朝任一方向拉出时，则对被加工对象的二面研磨加工的连续自动化也成为有可能的。加上，也可容易的使第3图所示的旋转面为水平方向的横置型的二面研磨加工方法成为旋转面为垂直方向的直立型二面研磨加工方法，也可有效的利用装置周围的空间的二面研磨加工系统。

于图1至图3所示的研磨方法，载具13的被加工对象支持孔穴于一组平行平面工作台的相邻中心线上时，如磁盘基板般有中心孔穴的被加工对象虽无问题，但如硅晶圆般在无中心孔穴的被加工对象，因中心部并未和抛光具接触，故中心部未能研磨。因此，如图4所示般，于由一组的平行平面工作台A、B的相邻中心线上离开的位置上，通过将具有旋转中心的圆形孔穴的次载具13A放入板状的载具13内，可使被加工对象3的全面进行研磨。

次载具13A内的孔穴的形状是除圆形以外，也以正方形、长方形、多边形等可予研磨。又于无孔穴的圆形被加工对象时，在不用次载具13A下，即使将次载具13A内的被加工对象的孔穴中心设成由相邻中心线上离开的位置上，也可使被加工对象3的全面进行研磨。

又于次载具13A的旋转中心的周围上，如图5所示般，于由次载具13A的旋转中心离开的位置上，若采用具有二个以上的被加工对象支持孔穴的次载具13A时，纵使有无被加工对象孔穴，也可使被加工对象3的表面进行全面研磨。此方法是适于研磨大量的被加工对象。

图6、图7是表示本发明的研磨方法和装置的其它实施形态的概念图。通过使进行直线运动的直线前进型工作台的表面的摩擦力对直线运动方向不同于垂直方向，于该直线前进型工作台上挤压被加工对象，可施加供旋转运动而用的耦合力至被加工对象上。

由此方法而得的抛光加工，是如图7所示般，作为上下一组的平面工作台，挟持于相互以V速度于相对方向上进行直线运动的皮带型抛光具11、11间，并置放在已支持于载具13上的被加工对象3，以压力P由上下挤压抛光具11、11，使被加工对象3的表面接触至抛光具11、11的表面并进行单面或二面研磨的方法。

使抛光具的表面状态于抛光具的长度方向中心线的左右作成不同，使摩擦力成为不同。例如，通过于单侧的抛光具表面上对长度方向中心线刻划圆形状孔穴或直线状的沟槽，使该单侧的被加工对象和抛光具间的接触面积减少，可由另一侧减少摩擦力。又，即使于抛光具的长度方向中心线的左右通过改变抛光具表面的硬度类的机械特性，因可使在左右的被加工对象和抛光具间的接触状态改变，故改变在左右的摩擦力、施加耦合力成为可能。

通过如此实施，可对被加工对象3施加供旋转运动而用的耦合力。对抛光具11上供给含游离研磨粒的研磨液。因此，通过被加工对象3的旋转和进行直线运动的抛光具11的相对运动，以游离研磨粒去除被加工对象3的上下表面，使呈现高度平滑。此方法如第7图所示般，即使采用以V速度于相同方向上进行直线运动的皮带型抛光具11、11，也可同样的进行研磨。

图6、图7虽是表示着使直线运动型平面工作台对向，于其间挟持被加工对象并进行单面或二面研磨的形态，但通过对以V速度进行直线运动的单一抛光具挤压被加工对象，也可对被加工对象施加供旋转运动而用的耦合力，通过其旋转和抛光具的直线运动间的相对运动也可进行研磨。

实施例

实施例1

以下参考图8并表示本发明方法的实施例。

如图8所示，通过对通过被加工对象支持台上的一组相邻的皮带型抛光具各自利用电动机M1和M2使于相互成相反方向上以直线运动循环着。于挟持一组抛光具的相邻中心线的二侧表面上，挤压被加工对象的圆板状磁盘基板并进行抛光。均匀的供给研磨粒的氧化铝研磨粒至抛光具上。挤压压力是3.7kPa，抛光具的移动速度是1.5m/s，抛光具是麂皮型。磁盘基板是铝型，研磨时间是5min。结果，磁盘基板是通过耦合力以至少0.15m/s以上的速度旋转，通过进行直线运动的抛光具A、B间的相对运动，以研磨粒研磨基板，使基板呈现平滑化。

图9是表示利用光干扰式高精确度表面测定器(WYKO)测定由抛光而得的磁盘基板的表面的平滑度而得的三维粗糙度测定结果。磁盘基板表面是利用抛光可予非常清净的研磨，可达以Ra值计约1.3nm的超级平滑面，显示出本发明的直线前进型研磨装置的有效性。

Claims (8)

1.一种直线前进型研磨方法，是通过采用挤压被加工对象使于平行相邻而相互进行相反方向的直线前进运动的一组的平行平面工作台的二者上，使被加工对象的表面接触至该一组的平行平面工作台的表面上以对被加工对象施加供旋转运动而用的耦合力，供给含有游离研磨粒的研磨液至该一组的平面工作台上，通过被加工对象的旋转和该一组平行平面工作台的直线前进运动间的组合，以游离研磨粒研磨和平行平面工作台的表面接触的被加工对象的表面而成。

2.如权利要求1所述的直线前进型研磨方法，是使一组的平行平面工作台对向于另外一组的平行平面工作台，于该等之间挟持圆盘状的被加工对象并进行研磨被加工对象的单面或二面。

3.一种直线前进型研磨方法，是采用通过在长度方向中心线的左右两边具有不同的表面构造，从而使左右两边的摩擦力不同的单一平面工作台，通过挤压被加工对象至该平面工作台上的前述表面构造，使被加工对象的表面接触至平面工作台的表面上以对被加工对象施加供旋转运动而用的耦合力，供给含有游离研磨粒的研磨液至平面工作台上，通过被加工对象的旋转和单一的平面工作台的直线前进运动间的组合，以游离研磨粒研磨和平面工作台的表面接触的被加工对象的表面而成。

4.如权利要求3所述的直线前进型研磨方法，是使另外的平面工作台和前述平面工作台对向，于该等之间挟持圆盘状的被加工对象并进行研磨被加工对象的单面或二面。

5.一种直线前进型研磨方法，通过采用挤压被加工对象使于平行相邻而相互进行相反方向的直线前进运动的一组的皮带型抛光具的二者上，通过使被加工对象的表面接触至该一组的皮带型抛光具的表面上，来对被加工对象施加供旋转运动而用的耦合力，供给含有游离研磨粒的研磨液至皮带型抛光具上，通过被加工对象的旋转和该一组皮带型抛光具的直线前进运动间的组合，以游离研磨粒研磨和该一组的皮带型抛光具的表面接触的被加工对象的表面而成。

6.如权利要求5所述的直线前进型研磨方法，是使一组的平行皮带型抛光具对向于另外一组的平行皮带型抛光具，于该等之间挟持圆盘状的被加工对象并进行研磨被加工对象的单面或二面。

7.一种直线前进型研磨方法，采用通过在长度方向中心线的左右两边具有不同的表面构造，从而使左右两边的摩擦力不同的单一皮带型抛光具，通过挤压被加工对象至该皮带型抛光具上的前述表面构造，供给含有游离研磨粒的研磨液至皮带型抛光具上，使被加工对象的表面接触至皮带型抛光具的表面上从而对被加工对象施加供旋转运动而用的耦合力，通过被加工对象的旋转和单一的皮带型抛光具的直线前进运动间的组合，以游离研磨粒研磨和皮带型抛光具的表面接触的被加工对象的表面而成。

8.如权利要求7所述的直线前进型研磨方法，是使另外的皮带型抛光具和前述皮带型抛光具对向，于该等之间挟持圆盘状的被加工对象并进行研磨被加工对象的单面或二面。

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